有包丢失的动态输出反馈奇异网络化系统稳定性分析

基于正则、无脉冲的奇异被控对象,研究了同时具有时延和数据包丢失的动态输出反馈网络控制系统的建模和稳定性问题。 当时延不大于一个采样周期、数据包丢失率一定时,将动态输出反馈网络控制系统建模为数据包丢失率约束的异步动态切换系统,利用切换系统和线性矩阵不等式方法,推导出数据包丢失率约束的系统指数稳定的充分条件,并且给出了系统指数稳定的指数衰减率以及最大容许数据包丢失率。仿真实验说明分析方法和研究结果是有效可行的。     

一类不确定时延网络控制系统的模糊控制

针对网络控制系统(NCS)同时存在网络诱导时延和数据包丢失的情况,讨论了如何设计控制器的问题。首先,给出了一种新的闭环网络控制系统的建模方法——模糊T-S方法,利用这种模糊模型去逼近非线性网络控制系统,使之局部线性化,并在此模型的基础上应用平行分布补偿原理设计了网络控制系统模糊控制器。进而,应用Lyapunov理论和LMI方法,研究了模糊NCS的稳定性问题,同时基于线性矩阵不等式给出依赖状态时滞和网络诱导时延的状态反馈模糊控制器的设计方法,并获得使模糊NCS稳定的充分条件。通过两个仿真实例验证了该控制方法的有效性。     

网络控制系统随机鲁棒控制律设计方法

研究了具有随机网络诱导时延及数据包丢失的网络控制系统的随机鲁棒控制律设计方法.利用有限状态markov链来描述控制网络中固有的随机传输延迟和丢包过程,建立网络系统的多结构markov跳变模型.基于由蒙特卡罗估计和优化算法构成的随机鲁棒设计方法,结合保证系统均方稳定的充要条件,得到网络控制系统的随机鲁棒控制律.最后,某型无人飞行器纵向俯仰通道的网络控制仿真实例验证了该方法的有效性.     

单输入网络化控制系统的时延补偿滑模控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延问题,提出了一种离散滑模控制方法。基于一类线性时不变被控对象的单输入网络化控制系统离散模型,构造了具有时延补偿的滑模面。通过系统状态预估及对状态运动的分析,设计了可以完全消除系统抖振的滑模控制器。李亚普诺夫方法证明了该控制器能使系统状态在不产生抖振的前提下收敛于滑模面,并保证系统的渐近稳定,同时不要求网络诱导时延小于一个采样周期。以位置伺服系统为对象的仿真实例验证了该设计方法的有效性。     

考虑时延与丢包的网络控制系统分析与综合

针对具有时变网络诱导时延和丢包问题的网络控制系统稳定性分析与控制器设计问题,通过考虑网络诱导时延是时变和有界的情形,并分析网络诱导时延与其上界之间的关系,应用Lyapunov-Krasovskii泛函结合积分不等式方法,提出了一种改进的、同时考虑了网络诱导时延和丢包问题的网络控制系统稳定条件,并基于改进的锥补线性化迭代算法（improved cone complementary linearization, ICCL）给出了一种具有更低保守性的控制器设计方法。数值实例表明上述方法的有效性。     

多输入多输出网络控制系统的绝对稳定性分析

考虑到网络诱导时延和网络通道的非线性反馈干扰,研究了多输入多输出网络控制系统的时滞依赖稳定性。基于各回路有界的状态反馈输入,建立闭环系统的Lurie时滞系统模型。应用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式工具,分析了各子系统在有扇形条件约束的绝对稳定性,同时得到网络控制系统全局稳定运行的最大允许时延界。最后,通过仿真例子,表明该方法是可行的。     

网络控制系统的时延补偿策略研究

网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延对控制系统的稳定性和性能带来很大负面影响。对具有随机时延和系统噪声的一类网络控制系统进行了分析,设计了一种可以对随机时延进行补偿的状态观测器,该状态观测器可同时实现对噪声的滤波处理。根据文中的延迟补偿方法,研究了闭环系统的稳定性。通过实验研究,证实了提出的利用状态观测器进行时延补偿策略的有效性。     

基于LS-SVM的网络化控制系统自适应预测控制

针对网络化控制系统（NCS）中的随机时变时延,提出了一种用最小二乘支持向量机（LS-SVM）预估网络时延的方法。先将网络时延建模为非线性时间序列,再用径向基函数（RBF）作为LS-SVM的核函数,建立了网络控制系统的时延预测模型,然后用该模型预估的时延作为控制器的参数,对网络化控制系统的时延进行补偿和预测控制。仿真结果表明提出的时延预测方法,对网络控制系统的随机时变时延有较高的预测精度,根据该时延设计的控制器能使系统的输出很好地跟踪期望的输出。     

网络控制系统结构下的非线性系统建模与仿真

针对非线性系统往往具有不确定性,结构复杂、建模困难和不适于网络条件下仿真研究的问题,提出了一种网络控制系统结构下非线性系统建模与仿真的方法.在对弹簧连接的双倒立摆耦合非线性系统模型及其通信网络进行Matlab/Simulink模块化建模的基础上,利用鲁棒控制器将对象模型的不确定性和网络时延的不确定性进行了综合处理.仿真结果表明,该方法不仅降低了非线性系统建模的复杂性,而且为研究网络控制系统结构下非线性系统的动态特性提供了条件.     

随机时延网络控制系统的Markov建模及H∞控制

利用Markov跳变理论讨论了一类具有随机时延以及数据包丢失的网络控制系统的建模方法.其中,系统中的传感器、控制器采用时间驱动,执行器采用事件驱动,传感器的数据采用单包传榆.针对网络控制系统被控对象状态无法直接测量得到的问题,提出了一种静态输出反馈H∞控制器设计方法;根据线性矩阵不等式相关理论,通过建立和求解一个凸优化问题,得出了静态输出反馈H∞曩优控制律.最后,用仿真例子验证了该方法的可行性以及理论的正确性.     

Ho∞-based fault detection for nonlinear networked systems with random packet dropout and probabilistic interval delay

The fault detection problem for the nonlinear networked control system (NCS) with packet dropout and delay is investigated.A nonlinear stochastic system model is proposed to account for the NCS with random packet dropout and networkinduced non-uniformly distributed time-varying delay in both from sensor to controller (S/C) and from controller to actuator (C/A).Based on the obtained NCS model,employing an observer-based fault detection filter as the residual generator,the addressed fault detection problem is converted into an auxiliary nonlinear H∞ control problem.Then,with the help of Lyapunov functional approach,a sufficient condition for the desired fault detection filter is constructed in terms of certain linear matrix inequalities,which depend on not only the delay interval but also the delay interval occurrence rate and successful packet communication rate.Especially,a trade-off phenomenon between the maximum allowable delay bound and successful data packet transmission rate is found,which is typically resulted from the limited bandwidth of communication networks.The effectiveness of the proposed method is demonstrated by a simulation example.     

具有时变时延和丢包的网络控制系统H∞优化控制

研究了一类存在时变时延和丢包的网络控制系统(networked control systems, NCS )的H∞优化控制问题。当网络时延和连续丢包有界时,NCS被建模为等效的具有时变时滞的系统,利用Lvapunov Krasovskii泛函和线性矩阵不等式方法,在NCS渐近稳定的基础上给出NCS状态反馈次优和最优H∞控制律的设计方法,求解时不需要使用重复迭代,设计控制器时也无须知道调节参数。仿真表明了此方法的可行性和有效性。     

H_∞-based fault detection for nonlinear networked systems with random packet dropout and probabilistic interval delay

The fault detection problem for the nonlinear networked control system(NCS) with packet dropout and delay is investigated.A nonlinear stochastic system model is proposed to account for the NCS with random packet dropout and networkinduced non-uniformly distributed time-varying delay in both from sensor to controller(S/C) and from controller to actuator(C/A).Based on the obtained NCS model,employing an observer-based fault detection filter as the residual generator,the addressed fault detection problem is converted into an auxiliary nonlinear H∞ control problem.Then,with the help of Lyapunov functional approach,a sufficient condition for the desired fault detection filter is constructed in terms of certain linear matrix inequalities,which depend on not only the delay interval but also the delay interval occurrence rate and successful packet communication rate.Especially,a trade-off phenomenon between the maximum allowable delay bound and successful data packet transmission rate is found,which is typically resulted from the limited bandwidth of communication networks.The effectiveness of the proposed method is demonstrated by a simulation example.     

基于观测器的丢包网络控制系统控制器设计

针对网络控制系统的数据包丢失(丢包)问题,提出将网络控制系统中的丢包问题看成是被控对象输入矩阵的切换问题和控制器对象输入矩阵的分别切换问题,进而将网络控制系统看成是由矩阵切换决定的切换律未知的切换系统,将丢包等效为切换系统中子系统之间的切换。采用李雅普诺夫函数方法,对每个由矩阵形式决定的子系统设计了基于观测器的状态反馈控制器。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)的可行解给出了计算状态观测器和控制器的参数化方法。最后通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

基于T-S模糊模型的网络控制系统鲁棒H∝容错控制

针对同时存在网络时延和数据包丢失的网络环境,研究了执行器故障下一类非线性网络控制系统的鲁棒H_∞容错控制问题。基于不确定T-S模糊模型描述的非线性网络控制系统模型,考虑了更实际、更常见的执行器部分失效情况。通过引入一个积分不等式,获得了此类系统的时滞相关鲁棒稳定性条件,且采用锥补线性化算法给出了此类系统的鲁棒H_∞容错控制器设计方法。仿真算例表明,对于任意容许的不确定性以及执行器故障,所设计的控制器能使系统鲁棒渐近稳定,且具有H_∞范数界。       

有数据包丢失的网络控制系统H∞状态反馈控制

研究了有数据包丢失的网络控制系统H∞状态反馈控制问题。考虑网络控制系统中存在数据包丢失的情况,丢包过程建模为有限状态的马尔可夫过程。在此模型的基础上,利用马尔可夫跳变线性系统的理论和线性矩阵不等式方法,给出了保持系统均方稳定且满足H∞性能的控制器存在的充分条件,并给出了相应的控制器设计方法。最后数例仿真结果表明了控制器设计方法的有效性。     

基于变采样周期方法的网络控制系统协同设计

提出了一种基于变采样周期的动态调度策略,通过实时调整控制系统的采样周期以适应网络中信息流的变化,改善网络中时延、丢包等问题.采用动态调度策略的NCS为一个变采样周期系统,考虑时延的影响,通过等效变换将时延和采样周期的不确定性转化为系统参数的不确定性,从而将NCS建模为一类具有参数不确定性的离散时间系统,并给出了系统D-稳定的控制器设计方法,实现NCS的控制与调度协同设计.最后通过数值仿真验证了所提出的方法的有效性.     

基于预测控制的NCS时延补偿算法

针对网络控制系统(networked control system, NCS)中随机时延导致系统性能下降的问题,利用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)的最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LS-SVM)建立NCS中随机时延预测模型,精确预测未来时刻的时延;同时利用该预测算法预测的时延通过快速隐式广义预测控制算法对NCS随机时延进行补偿。仿真结果表明,PSO优化的LS-SVM算法对随机时延具有较高的预测精度,同时快速隐式广义预测控制算法可使系统的输出很好地跟踪参考轨迹,保证系统良好的控制效果。